CN113833532A - 涡轮发动机密封和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的方面大体上涉及涡轮发动机和操作方法，其中可在涡轮发动机内的外壳体和转子之间的腔内确定密封状态的变化。本公开的方面进一步涉及对涡轮发动机内的腔的空气供应。

Description

涡轮发动机密封和方法
关于联邦资助研发的声明
产生该申请的项目已按照资助协议No. CS2-LPA-GAM-2018/2019-01获得欧盟的地平线2020研究和创新计划下的清洁天空2联合项目的资助。
技术领域
本公开涉及操作涡轮发动机的方法，包括确定发动机内的密封状态。
背景技术
涡轮发动机(并且特别地燃气或燃烧涡轮发动机)是旋转发动机，其从穿过发动机到多个旋转涡轮叶片上的燃烧气体的流提取能量。
涡轮发动机可包括(呈串行流布置)：前风扇组件，后风扇组件，用于压缩流过发动机的空气的至少一个压缩机，用于将燃料与压缩空气混合使得混合物可被点燃的燃烧器，以及至少一个涡轮。至少一个压缩机、燃烧器和至少一个涡轮有时被共同地称为核心发动机。在操作中，核心发动机生成燃烧气体，燃烧气体向下游排放到涡轮区段，涡轮区段从其提取能量以用于向前风扇组件和后风扇组件提供动力。涡轮发动机还可包括增压腔，增压腔被供以冷却空气，并自发动机内的燃烧气流密封。
涡轮发动机的压缩机区段和涡轮区段典型地包括多个串行布置的级，其中每个级包括配合的成组周向翼型件，其中一组与另一组轴向地间隔开。在其中转子被定子包围的涡轮发动机中，第一组翼型件包括围绕发动机中心线旋转的一组叶片，并且第二组翼型件包括一组固定静叶。在反向旋转涡轮发动机中，两组翼型件可呈成组叶片的形式，其中每个组在相反的方向上旋转。在这种情况下，反向旋转涡轮可包括具有可旋转地联接到前风扇组件的第一组翼型件的外转子，以及具有可旋转地联接到后风扇组件的第二组翼型件的内转子。外转子可与发动机的外壳体间隔开，并且可在它们之间提供冷却。
发明内容
在一个方面，本公开涉及一种操作涡轮发动机的方法。该方法包括：确定至少部分地限定在涡轮发动机内的外壳体和转子之间的腔内的密封状态的变化；以及基于确定的密封状态的变化增加到腔的冷却空气的供应。
在另一个方面，本公开涉及一种操作涡轮发动机的方法。该方法包括：感测涡轮发动机中的腔内的第一环境参数，至少基于第一环境参数确定腔中密封状态的变化，基于密封状态的变化确定到腔的冷却空气的所需供应，以及操作流体地联接到腔的阀以提供冷却空气的所需供应。
在又一个方面，本公开涉及一种涡轮发动机，包括：外壳体，其具有界定内部的壳体表面；第一转子，其位于外壳体内并具有与壳体表面间隔开的转子表面；至少一个密封件，其在壳体表面和转子表面之间延伸；腔，其至少部分地限定在转子表面、壳体表面和至少一个密封件之间；入口通道，其流体地联接到腔；可控阀，其位于入口通道内；至少一个传感器，其位于腔内并被配置成提供指示环境参数的信号；以及控制器，其被配置成接收信号、确定至少一个密封件的密封状态的变化以及基于密封状态的变化来操作可控阀。
附图说明
在附图中：
图1是根据本文描述的各个方面的涡轮发动机的示意性剖视图，该涡轮发动机包括反向旋转涡轮区段。
图2是图1的反向旋转涡轮区段的一部分的示意图。
图3是根据本文描述的各个方面的图2的反向旋转涡轮区段的部分的放大视图，示出了气流。
图4是示出根据本文描述的各个方面操作图1的涡轮发动机的方法的流程图。
图5是示出根据本文描述的各个方面操作图1的涡轮发动机的另一种方法的流程图。
具体实施方式
本文描述的公开的方面针对用于确定发动机内的密封状态或失效的设备和方法。出于说明的目的，将以涡轮发动机的形式描述一种示例性环境，在该示例性环境中可利用本公开的方面。在非限制性示例中，这种涡轮发动机可呈燃气涡轮发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机或涡轮风扇发动机的形式。然而，将理解的是，本文描述的公开的方面不限于此，并且可在其他环境内具有普遍适用性。例如，本公开可在其他发动机或载具中具有适用性，并且可用来在工业、商业和住宅应用中提供益处。
涡轮发动机可具有冷却腔，该腔自穿过发动机的热气体路径流体分离或密封。在非限制性示例中，冷却空气可流到腔中以用于各种目，包括保护腔中的仪器免受高温环境的影响或者向发动机的其他区域供应冷却空气。在密封状态、性能、功能等变化的情况下，发动机核心内的热气体可被摄入这些腔中。在这种变化的情况下的发动机处理传统上通过发动机控制器关闭发动机直到可进行进一步检查来解决。例如，响应于密封状态的确定变化，可在发动机内执行计划的构件释放。
本公开的方面提供了一种用于解决发动机腔内的密封状态、性能或功能的这种变化的设备和方法。这种变化可例如通过传感器或控制器来检测或确定，并且可响应于这种检测或确定的密封性能的变化来改变到腔的冷却空气供应，以便防止热气体摄入腔中。
如本文所使用，用语“上游”是指与流体流动方向相反的方向，并且用语“下游”是指与流体流在相同方向上的方向。用语“前”或“向前”是指构件前面的方向或位置，并且“后”或“向后”是指构件后面的方向或位置。例如，当在流体流方面使用时，前/向前可意指上游，并且后/向后可意指下游。
另外，如本文所使用，用语“径向”或“径向地”是指远离公共中心的方向。例如，在涡轮发动机的整体上下文中，径向是指沿着在发动机的中心纵向轴线和外发动机圆周之间延伸的射线的方向。此外，如本文所使用，用语“成组”或“一组”元件可为任意数量的元件，包括仅一个。
所有方向参考(例如，径向、轴向、近侧、远侧、上部、下部、向上、向下、左、右、横向、前、后、顶部、底部、上方、下方、竖直、水平、顺时针、逆时针、上游、下游、向前、向后等)仅用于识别目的，以帮助读者理解本公开，并且不应该被理解为限制实施例(特别是关于位置、定向或本文所述的公开的方面的用途)。连接参考(例如，附接、联接、固定、连接、接合等)应被宽泛地解释，并且可包括一系列元件之间的中间部件和元件之间的相对运动，除非另外指示。因而，连接参考不一定意味着两个元件直接连接并且彼此是固定关系。单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数参考，除非上下文另外明确规定。
另外，如本文所使用，“控制器”或“控制器模块”可包括配置成或适于为可操作构件提供指令、控制、操作或任何形式的通信以实现其操作的构件。控制器模块可包括任何已知的处理器、微控制器或逻辑装置，包括但不限于：现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、全权限数字发动机控制(FADEC)、比例控制器(P)、比例积分控制器(PI)、比例微分控制器(PD)、比例积分微分控制器(PID控制器)、硬件加速逻辑控制器(例如用于编码、解码、代码转换等)等、或者它们的组合。控制器模块的非限制性示例可配置成或适于运行、操作或以其他方式执行程序代码以实现操作或功能结果，包括执行各种方法、功能、处理任务、计算、比较、值的感测或测量等，以允许或实现本文描述的技术操作或操作。操作或功能结果可基于一个或多个输入、存储的数据值、感测或测量的值、真或假指示等。虽然描述了“程序代码”，但是可操作或可执行指令集的非限制性示例可包括例程、程序、对象、组件、数据结构、算法等，它们具有执行特定任务或实现特定抽象数据类型的技术效果。在另一个非限制性示例中，控制器模块还可包括可由处理器访问的数据存储构件，包括存储器，无论是瞬时存储器、易失性存储器还是非瞬时存储器或非易失性存储器。存储器的另外的非限制性示例可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存或一种或多种不同类型的便携式电子存储器，诸如磁盘、DVD、CD-ROM、闪存驱动器、通用串行总线(USB)驱动器等，或这些类型存储器的任何合适的组合。在一个示例中，程序代码可以可由处理器访问的机器可读格式存储在存储器内。另外，存储器可存储各种数据、数据类型、感测或测量的数据值、输入、生成或处理的数据等，它们能够由处理器在提供指令、控制或操作以实现功能性或可操作性结果时访问，如本文所描述的那样。
另外，如本文所使用，元件“电连接”、“电联接”或“信号通信”可包括电传输或信号向或从这种连接或联接的元件发送、接收或通信。此外，这种电连接或联接可包括有线或无线连接，或它们的组合。
另外，如本文所使用，虽然传感器可被描述为“感测”或“测量”相应的值，但是感测或测量可包括确定指示相应的值或与相应的值相关的值，而不是直接感测或测量值本身。感测或测量的值可进一步提供给额外的构件。例如，该值可被提供给如上文限定的控制器模块或处理器，并且控制器模块或处理器可对该值执行处理以确定代表所述值的代表值或电特性。
如本文贯穿说明书和权利要求书使用的近似语言用于修饰在不导致与其相关的基本功能的变化的情况下可允许地变化的任何定量表示。因此，由诸如“约”、“大约”和“基本上”的一个或多个用语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量值的仪器的精度，或者用于构造或制造构件和/或系统的机器或方法的精度。例如，近似语言可指在10%的裕度内。
示例性附图仅用于说明的目的，并且附于此的附图中反映的尺寸、位置、顺序和相对大小可变化。
图1是用于飞行器的燃气涡轮发动机10的示意性剖视图。涡轮发动机10具有从向前方向14延伸到向后方向16的大体上纵向延伸的轴线或中心线12。发动机10包括(呈下游串行流关系)：包括前风扇组件20和后风扇组件21的风扇区段18，包括增压器或低压(LP)压缩机24和高压(HP)压缩机26的压缩机区段22，包括燃烧器30的燃烧区段28，包括HP涡轮34和LP涡轮36的涡轮区段32，以及排气区段38。
如所示的那样，风扇组件20和21定位在涡轮发动机10的前端处。用语“前风扇”和“后风扇”在本文中用来指示风扇20中的一个轴向地联接在另一个风扇21的上游。还设想风扇组件20、21可定位在涡轮发动机10的后端处。风扇组件20和21各自包括定位在风扇壳体42内的多排风扇叶片40。风扇叶片40接合到相应的转子盘44，转子盘44通过相应的前风扇轴46可旋转地联接到前风扇组件40，并通过后风扇轴47可旋转地联接到后风扇组件21。
HP压缩机26、燃烧器30和HP涡轮34形成发动机10的发动机核心48。发动机核心48由外壳体50包围，外壳体可与风扇壳体40联接。HP涡轮34经由核心转子或轴52联接到HP压缩机26。在操作中，发动机核心48生成燃烧气体，该燃烧气体向下游引导到反向旋转的LP涡轮36，该LP涡轮从气体中提取能量以用于通过风扇组件的相应风扇轴46、47向风扇组件20、21提供动力。
在所示的示例中，LP涡轮36呈反向旋转涡轮的形式。将理解的是，本公开的方面可具有针对其他涡轮的适用性，包括没有反向旋转LP涡轮的发动机。例如，还设想具有这样的LP涡轮的涡轮发动机，其中静态的周向布置的静叶与旋转的周向布置的叶片轴向地间隔开。此外，还设想具有反向旋转压缩机区段22(特别是反向旋转LP压缩机24或反向旋转HP压缩机26)的涡轮发动机。
LP涡轮36包括呈外转子54的形式的第一转子，其从外壳体50径向地向内定位。第一转子54可具有大体上截头圆锥形的形状，并且包括周向地布置的第一组翼型件56，该第一组翼型件朝向轴向中心线12径向地向内延伸。
LP涡轮36进一步包括呈内转子58的形式的第二转子，其相对于外转子54基本上同轴地布置并且布置在外转子54的径向内侧。内转子58包括第二组翼型件60，该第二组翼型件周向地布置并与第一组翼型件56轴向地间隔开。第二组翼型件60远离轴向中心线12径向地向外延伸。第一组翼型件56和第二组翼型件60一起限定多个涡轮级62。在图1的示例中，示出了五个涡轮级62，并且将理解的是，可使用任何数量的级。此外，虽然第一组翼型件56示出为在第二组翼型件60的前方，但是第一组翼型件56和第二组翼型件60可以任何合适的方式布置，包括第一组翼型件56定位在第二组翼型件60的后方。
虽然涡轮发动机10是在包括旋转外转子54和旋转内转子58的上下文中描述的，但是可进一步设想，第一组翼型件56或第二组翼型件60可包括在发动机10内的固定定子中或者形成固定定子的部分。在一个示例中，第一组翼型件56可形成一组周向布置的静态静叶，该静态静叶形成发动机10内的外定子的部分，而第二组翼型件60联接到可旋转的内转子58。在另一个示例中，第二组翼型件60可呈联接到发动机10内的内定子的静态静叶的形式，其中第一组翼型件56呈联接到外转子的叶片的形式。
与外转子54和内转子58互补，发动机10的固定部分(诸如外壳体50)也单独称为或共同称为定子63。因而，定子63可指贯穿发动机10的非旋转元件的组合。
在操作中，离开风扇区段18的气流被分流，使得一部分气流沿着主流动路径15引导到LP压缩机24中，LP压缩机然后将加压空气65供应到HP压缩机26，HP压缩机进一步对空气加压。来自HP压缩机26的加压空气65在燃烧器30中与燃料混合并点燃，从而沿着主流动路径15生成燃烧气体66。通过HP涡轮34从这些气体66中提取一些功，HP涡轮驱动HP压缩机26。燃烧气体66沿着主流动路径15排放到LP涡轮36中，LP涡轮提取额外的功来驱动LP压缩机24，并且排气最终经由排气区段38从发动机10排出。LP涡轮36的驱动可驱动风扇20和LP压缩机24的旋转。
加压气流65的一部分可作为引气67从压缩机区段22中引出。引气67可从加压气流65中引出并提供给需要冷却的发动机构件。进入燃烧器30的加压气流65的温度显著增加到引气67的温度以上。引气67可用来降低燃烧器下游的核心构件的温度。
由风扇20供应的空气中的一些(诸如引气67)可绕过发动机核心48并用于冷却发动机10的部分，尤其是热的部分，或者用于冷却发动机10的其他部分或给发动机10的其他部分提供动力。在涡轮发动机的上下文中，发动机的热的部分通常在燃烧器30的下游，尤其是涡轮区段32，其中HP涡轮34是最热的部分，因为它直接在燃烧区段28的下游。冷却流体的其他源可为但不限于从LP压缩机24或HP压缩机26排出的流体。
图2是反向旋转LP涡轮36的一部分的放大示意图。外壳体50包括壳体表面68，并且外转子54具有面向壳体表面68的转子表面69。
至少一个密封件72可设置在外壳体50和外转子54之间的腔74内。腔74可至少部分地限定在外壳体50、外转子54和至少一个密封件72之间。腔74可至少周向地在发动机10内延伸，包括但不限于完全环形的腔74或多个周向间隔开的腔74。密封件72可具有任何合适的形式或材料，包括但不限于复合钢环、镍合金环或吸气面密封件(AFS)。在一个示例中，密封件72可具有环形形式并且围绕整个外转子54。在另一个示例中，密封件72可包括多个节段，每个节段部分地围绕外转子54。还设想由至少一个密封件72形成的腔74也可围绕整个外转子54或者位于外转子54周围的不同点处。此外，腔74可在发动机10的操作期间被间歇地密封，诸如经由在外转子54和内转子58的旋转期间的周期性密封和启封，或者腔74可在操作期间被恒定地密封。
作为非限制性示例，第一组翼型件56可经由至少一个吊架组件80安装到外转子54。应当理解，可在LP涡轮36内周向地或轴向地设置和布置多个吊架组件80。每个吊架组件80可包括从外转子54延伸的钩82。一组翼型件(诸如第一组翼型件56)可在凸缘84中终止，该凸缘84被配置成接纳在钩82内，从而将第一组翼型件56固连到外转子54。应当理解，第一组翼型件56可以任何合适的方式安装到外转子54。还设想吊架组件80可利用与钩82或凸缘84中的一者中的狭槽的过盈配合。另外，虽然吊架组件80是在第一组翼型件56的上下文中讨论的，但是吊架组件80也可用来将第二组翼型件60固连到内转子58(图1)。
吹扫路径86被设置成将腔74流体地联接到穿过涡轮发动机10的主流动路径15。如所示的那样，吹扫路径86至少部分地由外转子54限定。更特别地，吹扫路径86由面对吊架组件80的一部分的外壳体50的一部分限定。密封元件88(诸如蜂窝密封件)可沿着吊架组件80的部分设置以至少部分地将腔74与主流动路径15流体隔离。
入口通道90可流体地联接到腔74以用于向腔74供应加压空气或冷却空气。阀92可位于入口通道90内以用于控制冷却空气的供应。阀92可具有用于通过入口通道90提供空气的任何合适的形式。在一个示例中，阀92可为在阻止冷却空气流的完全关闭位置和允许冷却空气流的完全打开位置之间可移动的。在另一个示例中，阀92可包括能够在第一打开位置和第二打开位置之间移动的孔口，第一打开位置允许冷却空气的第一供应，第二打开位置允许冷却空气的比第一供应大的第二供应。在非限制性示例中，阀92可呈流量控制阀、止回阀、提升阀或热膨胀阀的形式。
设想的是，阀92可呈可控阀的形式。在所示的示例中，控制器95被提供并经由以虚线示出的线路97电联接到阀92。将理解的是，数据信号、测量信号、控制信号等可沿着线路97传输，并且线路97可表示联接元件之间的有线或无线信号通信。
此外，至少一个传感器可位于腔74内。更特别地，第一传感器101邻近入口通道90定位在腔74内，第二传感器102在吹扫路径86附近定位在腔74内，并且第三传感器103定位在主流动路径15内。如所示的那样，第一传感器101、第二传感器102和第三传感器103可经由线路97电联接到控制器95。另外，第一传感器101、第二传感器102和第三传感器103可包括任何合适的传感器，包括但不限于热电偶、辐射高温计、红外传感器、光学传感器、辐射传感器、加速度计、排气温度(EGT)传感器、压力传感器、声学传感器等。
第一传感器101、第二传感器102或第三传感器103中的任何一个或全部可被配置成感测至少一个环境参数并且传送指示该至少一个环境参数的信号。这样的环境参数的示例包括但不限于流体温度、流体压力、振动水平、噪声水平、电磁辐射感测(例如可见光或红外光)等，或它们的组合。控制器95可被配置成从第一传感器102、第二传感器102或第三传感器103中的任何一个或全部接收信号。控制器95还可被配置成可控地操作阀92，包括打开、关闭或以其他方式改变通过阀92的流。
在操作期间，冷却空气110可流过阀92和入口通道90并进入腔74。第一传感器101、第二传感器102或第三传感器103中的至少一个可向控制器95提供指示在传感器位置处的环境参数的信号。出于说明的目的，将论述一个工作示例，其中第一传感器101感测腔74内的空气温度，第二传感器102感测腔74内的空气压力，并且第三传感器103感测主流动路径15内的空气温度。将理解的是，本公开不限于此，并且第一传感器101、第二传感器102和第三传感器103可用来感测如上文所描述的任何合适的环境参数。例如，设想第一传感器101、第二传感器102和第三传感器103中的每一个可感测在发动机10内它们相应的位置处的空气温度。
控制器95可接收由传感器101、102、103中的任何一个或全部传送的信号。例如，第一传感器101可传送指示环境参数(例如腔74内的空气温度)的第一信号101S。第二传感器102可传送指示环境参数(例如腔74内的空气压力)的第二信号102S。第三传感器103可传送指示环境参数(例如主流动路径15内的空气温度)的第三信号103S。控制器95可接收第一信号101S、第二信号102S和第三信号103S。控制器95还可基于接收到的信号101S、102S、103S中的任何一个或全部来操作阀92以向腔74供应预定量的冷却空气110。例如，控制器95可执行第一信号101S、第二信号102S或第三信号103S中的任何一个或全部与指示标称密封状态的阈值的比较。如本文所使用，“标称密封状态”将指在发动机10的正常操作期间密封件72流体地隔离腔74的标准工作状态、性能或功能。
现在参考图3，示出了在密封件72的密封状态、性能或功能改变期间的腔74。为了视觉清晰，密封件72示意性地示出为带有孔或间隙。将理解的是，密封件72可以多种方式经历这种状态变化，包括但不限于材料应力或失效，诸如在安装位置中的裂纹、偏移或移位，或者在操作期间密封件72的材料性质的变化等，这可能改变发动机10内的腔74中的密封性能或功能。
设想的是，第一信号101S、第二信号102S和第三信号103S可由控制器95用来确定腔74内密封状态的变化。设想的是，控制器95可基于绝对值、比较或如由第一信号101S、第二信号102S或第三信号103S指示的变化率来确定密封状态的变化。例如，可理解，密封状态的变化可导致腔74内的压降。这种压降可使来自主流动路径15的热燃烧气体能够经由吹扫路径86进入腔74，从而导致腔74内的环境变化。
在一个示例中，控制器可将指示腔74内的感测温度的第一信号101S与指示腔74内的标称密封状态(例如正常温度或标准操作温度)的阈值温度值进行比较。如果第一信号101S不满足阈值温度值，则控制器95可确定密封状态的变化已经发生。
在另一个示例中，控制器95可将指示腔74内的感测压力的变化率的第二信号102S的变化率与指示腔74内的标称密封状态(例如正常空气压力或标准操作空气压力变化)的阈值压力速率进行比较。如果第二信号不满足阈值压力速率，则控制器95可确定密封状态的变化已经发生。例如，如果感测压力的变化率指示不满足阈值压力速率的快速压降，则控制器95可确定密封状态的变化已经发生。
在又一个示例中，控制器可将第一信号101S与阈值温度值进行比较、将第二信号102S与阈值压力值进行比较，以及将第三信号103S与阈值温度值进行比较。如果大多数接收到的信号不满足它们相应的阈值，例如如果仅第二信号102S满足阈值压力值，则控制器可确定密封状态的变化。
基于在图3的示例中确定的密封状态的变化，控制器95可确定到腔74的冷却空气110的所需供应。在所示的示例中，与图2中所示的相比，冷却空气110的增加的供应使用额外的箭头示出。将理解的是，冷却空气110的“增加的供应”可指通过入口通道90的更快的流率、通过入口通道90的更高的体积流量或者通过入口通道90的冷却空气110的增加的压力。随着冷却空气110的增加的供应被提供给腔74，还可理解，在腔74内感测温度可降低并且感测压力可增加。
在操作的一个非限制性示例中，控制器95可接收指示腔74内100℃的温度增加的第一信号101S，确定1L/min的冷却空气110的当前供应，确定2L/min的冷却空气110的所需供应，以及可控地操作阀92以打开并向腔74提供冷却空气110的所需供应，使得感测的温度降低以满足阈值温度阈值，例如100℃的温度降低。
进一步设想的是，控制器95可操作阀92以在足够的速率下提供冷却空气110，以沿着吹扫路径86形成吹扫流112。吹扫流112可流出腔74，进入主流动路径15，并与燃烧气体66混合，从而防止燃烧气体摄入腔74中。在这种方式下，发动机10可随着腔74内存在的密封状态的变化而继续操作。
图4示出了操作涡轮发动机10的方法200。在202处，方法200可包括向控制器传送信号，包括向控制器95传送指示在外壳体50和涡轮发动机10的转子(诸如外转子54)之间的腔(诸如腔74)内的环境参数的第一信号101S、第二信号102S或第三信号103S。将理解的是，方法200可包括在202处传送指示环境参数的任何数量的信号，包括仅一个信号。
在204处，方法200包括确定腔(包括腔74)内的密封状态的变化。在202处确定密封状态的变化可包括将传送的信号与如上文所描述的指示标称密封状态的阈值进行比较。另外地或备选地，在204处确定密封状态的变化可包括将传送的信号的变化率与如上文所描述的阈值变化率进行比较。
在206处，方法200包括基于确定的密封状态的变化来增加到腔的冷却空气(诸如冷却空气110)的供应。在206处增加冷却空气的供应可包括如上文所描述的经由控制器95控制阀92以增加冷却空气110的流率。在208处，方法200可包括形成经由流体地联接到腔的吹扫路径(诸如吹扫路径86)离开腔的吹扫流，诸如吹扫流112。吹扫流112可与如上文所描述的流过涡轮发动机10的燃烧气体66混合。
图5示出了操作涡轮发动机(诸如涡轮发动机10)的另一种方法300。在302处，方法300包括感测涡轮发动机10内的腔(包括腔74)内的第一环境参数。如上文所描述，第一环境参数可由第一信号101S、第二信号102S或第三信号103S中的任何一个来指示。
在304处，方法300包括至少基于第一环境参数确定腔中的密封状态的变化。例如，控制器95可接收第一信号101S、第二信号102S或第三信号103S中的至少一个，并且至少基于其中指示的环境参数来确定密封状态的变化，如上文所描述的那样。在306处，方法300包括基于确定的密封状态的变化来确定到腔的冷却空气(诸如冷却空气110)的所需供应。确定冷却空气110的所需供应可包括对于至少一个信号(诸如由控制器95接收的第一信号101S、第二信号102S或第三信号103S)执行比较或其他分析。例如，控制器95可监测或重复接收第一信号101S、第二信号102S或第三信号103S，执行与阈值的比较，并且基于信号101S、102S、103S和确定的密封状态的变化来确定冷却空气110的所需供应。在306处，方法300包括操作流体地联接到腔74的阀(诸如阀92)以提供冷却空气110的所需供应。
下面将根据本文描述的各个方面描述本公开的涡轮发动机的一些额外操作示例。将理解的是，这样的示例旨在为说明性的，并且不以任何方式限制本公开。
在一个操作示例中，四个传感器位于腔内，并且被配置成感测入口通道附近的空气压力、入口通道附近的空气温度、吹扫路径附近的空气压力以及吹扫路径附近的空气温度。在涡轮发动机的操作期间，传感器可将指示其相应的环境参数的信号传送到控制器。控制器可确定入口通道附近的空气压力和空气温度两者满足相应的温度和压力阈值。控制器还可确定吹扫路径附近的空气温度和空气压力两者不满足相应的温度和压力阈值。更特别地，吹扫路径附近的空气温度超过最大温度阈值，并且吹扫路径附近的空气压力低于最小压力阈值。控制器可确定由于来自吹扫路径的侵蚀性热气体，腔内的密封状态已经变化。控制器可确定冷却空气的所需供应，从而提供满足最小压力阈值的吹扫路径附近的感测压力，以及形成通过吹扫路径的吹扫流。控制器然后可操作阀92以向腔提供冷却空气的所需供应。此外，控制器可重复地监测从四个传感器接收的信号，并且在发动机10的操作期间随着腔中存在的密封状态的变化而重复地执行与相应阈值的比较。
在操作的另一个示例中，两个传感器位于腔内并且被配置成感测入口通道附近的空气温度以及吹扫路径附近的空气温度。第三传感器位于主流动路径中并且被配置成感测燃烧气体温度。来自三个传感器的信号被传送到控制器。控制器监测空气温度，并且执行每个空气温度与指示标称密封状态的阈值温度值的比较。控制器还确定每个温度的变化率，并且与阈值变化率相比来对每个变化率进行比较。在感测的温度以不满足阈值的变化率增加的情况下，例如感测的温度以50˚C/s的速率上升，而阈值为30˚C/s的最大值，控制器可确定密封状态的变化已经发生。此外，当确定密封状态的变化已经发生时，控制器可将来自主流动路径中的第三传感器的温度信号与来自腔内的第一传感器和第二传感器的感测温度相关联。然后，控制器可基于密封状态的确定变化来操作阀以增加供应到腔的冷却空气的速率。
在操作的另一个示例中，单个传感器可设置在腔内并且将指示腔内环境参数的单个信号传送到控制器。更特别地，该信号可指示腔内的感测温度。控制器可分析来自单个传感器的信号并且确定腔内是否存在密封状态的变化。通过控制器的确定可基于与阈值温度值、阈值温度范围或阈值温度变化率的比较，或者基于查找表，或者基于在不存在密封状态变化时的时间期间与先前感测的温度的比较等，或者它们的组合。
本公开的方面提供了多种益处。与处理发动机内密封性能改变的传统方法(其中发动机关闭，例如在操作期间计划的构件释放)相反，本公开提供了操作具有密封状态变化的涡轮发动机的方法，而不需要任何这样的构件释放或发动机关闭。在飞行器环境中，额外的冷却空气的供应和吹扫流的形成提供了具有密封状态的变化的涡轮发动机的持续操作，直到飞行器着陆。可理解，这样的操作可减少修理时间和成本，因为在发动机内没有构件被有目的地释放，并且因此不需要与这样的释放事件相关联的额外修理。
腔内的环境参数(例如温度)的监测可额外地提供通过控制器对密封状态或功能的变化的快速确定，以及通过控制阀和增加到腔的冷却空气的供应来补偿或补充密封件的功能的即时动作。本公开的方面提供了改进的操作安全性和降低的与涡轮发动机的维护相关联的成本。
应当理解，所公开的设计的应用不限于具有风扇区段和增压器区段的涡轮发动机，而是也适用于涡喷发动机和涡轮增压发动机。
该书面描述使用示例来描述本文描述的公开的方面，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实施本公开的方面，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本公开的方面的可申请专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有无实质性区别的等同结构元件，则旨在使此类其他示例落入权利要求书的范围内。
本发明的进一步的方面由以下条项的主题提供：
1. 一种操作涡轮发动机的方法，该方法包括：确定至少部分地限定在涡轮发动机内的外壳体和转子之间的腔内的密封状态的变化；以及基于密封状态的确定的变化增加到腔的冷却空气的供应。
2. 根据任何前述条项所述的方法，进一步包括形成经由流体地联接到腔的吹扫路径离开腔的吹扫流。
3. 根据任何前述条项所述的方法，进一步包括将吹扫流与流过涡轮发动机的燃烧空气混合。
4. 根据任何前述条项所述的方法，进一步包括经由第一传感器向控制器传送指示腔内的第一环境参数的第一信号。
5. 根据任何前述条项所述的方法，其中，第一环境参数包括温度或压力中的一者。
6. 根据任何前述条项所述的方法，进一步包括经由控制器将第一信号与指示标称密封状态的阈值进行比较。
7. 根据任何前述条项所述的方法，进一步包括经由控制器操作流体地联接到腔的阀以基于该比较来控制冷却空气的供应。
8. 根据任何前述条项所述的方法，进一步包括经由第二传感器向控制器传送第二信号，该第二信号指示腔或穿过涡轮发动机的主流动路径中的一者内的第二环境参数。
9. 根据任何前述条项所述的方法，其中，第二环境参数包括温度或压力中的一者。
10. 根据任何前述条项所述的方法，其中，确定密封状态的变化进一步包括基于第一环境参数确定密封状态的变化。
11. 根据任何前述条项所述的方法，进一步包括经由控制器操作流体地联接到腔的阀以增加冷却空气的供应。
12. 根据任何前述条项所述的方法，进一步包括：在第一位置处感测腔内的第一环境参数，在第二位置处感测腔内的第二环境参数，以及感测穿过涡轮发动机的主流动路径内的第三环境参数，其中，确定密封状态的变化进一步包括基于第一环境参数、第二环境参数或第三环境参数中的至少一个来确定密封状态的变化。
13. 根据任何前述条项所述的方法，其中，增加冷却空气的供应进一步包括控制流体地联接到腔的入口通道内的阀。
14. 一种操作涡轮发动机的方法，该方法包括：感测涡轮发动机中的腔内的第一环境参数，至少基于第一环境参数确定腔中密封状态的变化，基于密封状态的确定的变化来确定到腔的冷却空气的所需供应，以及操作流体地联接到腔的阀以提供冷却空气的所需供应。
15. 根据任何前述条项所述的方法，进一步包括经由位于腔中的第二传感器感测腔内的第二环境参数。
16. 根据任何前述条项所述的方法，进一步包括经由第三传感器感测涡轮发动机的主流动路径内的第三环境参数。
17. 根据任何前述条项所述的方法，其中，确定密封状态的变化进一步包括基于第一环境参数、第二环境参数或第三环境参数中的至少一个来确定密封状态的变化。
18. 根据任何前述条项所述的方法，其中，第一环境参数、第二环境参数或第三环境参数中的至少一个包括空气温度。
19. 一种涡轮发动机，包括：外壳体，其具有界定内部的壳体表面；第一转子，其位于外壳体内并具有与壳体表面间隔开的转子表面；至少一个密封件，其在壳体表面和转子表面之间延伸；腔，其至少部分地限定在转子表面、壳体表面和至少一个密封件之间；入口通道，其流体地联接到腔；可控阀，其位于入口通道内；至少一个传感器，其位于腔内并被配置成提供指示环境参数的信号；以及控制器，其被配置成接收信号、确定至少一个密封件的密封状态的变化以及基于密封状态的变化来操作可控阀。
20. 根据任何前述条项所述的涡轮发动机，进一步包括吹扫路径，该吹扫路径流体地联接腔和穿过涡轮发动机的主流动路径。
21. 根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中，吹扫路径至少部分地由转子限定。
22. 根据任何前述条项所述的涡轮发动机，进一步包括具有第一转子和第二转子的反向旋转区段，其中，第一转子被配置成在第一方向上旋转，并且第二转子被配置成在与第一方向相反的第二方向上旋转。
23. 根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中，反向旋转区段位于涡轮发动机的涡轮区段内。
24. 根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中，转子定位在第二转子的径向外侧。
25. 根据任何前述条项所述的涡轮发动机，其中，腔限定在外壳体和第一转子之间。

Claims (10)

1. 一种操作涡轮发动机的方法，所述方法包括：
确定至少部分地限定在所述涡轮发动机内的外壳体和转子之间的腔内的密封状态的变化；和
基于密封状态的确定的变化，增加到所述腔的冷却空气的供应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括形成经由流体地联接到所述腔的吹扫路径离开所述腔的吹扫流。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括经由第一传感器向控制器传送指示所述腔内的第一环境参数的第一信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包括经由所述控制器将所述第一信号与指示标称密封状态的阈值进行比较。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括经由所述控制器操作流体地联接到所述腔的阀以基于所述比较来控制所述冷却空气的供应。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进一步包括经由第二传感器向所述控制器传送第二信号，所述第二信号指示所述腔或穿过所述涡轮发动机的主流动路径中的一者内的第二环境参数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二环境参数包括温度或压力中的一者。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定密封状态的所述变化进一步包括基于所述第一环境参数确定密封状态的所述变化。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括经由所述控制器操作流体地联接到所述腔的阀以增加冷却空气的所述供应。
10.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：在第一位置处感测所述腔内的第一环境参数，在第二位置处感测所述腔内的第二环境参数，以及感测穿过所述涡轮发动机的主流动路径内的第三环境参数，其中，确定密封状态的所述变化进一步包括基于所述第一环境参数、所述第二环境参数或所述第三环境参数中的至少一个来确定密封状态的所述变化。
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